Bioenergetika adalah ilmu tentang perubahan energi dalam reaksi biokimia. ATP berperan sebagai penyimpan energi dalam sel melalui hidrolisis dan sintesis. Terdapat tiga sumber utama ATP yaitu fosforilasi oksidatif, glikolisis, dan siklus asam sitrat.

1. BIOENERGETIKA
DEWI KURNIA, M.Si

2. SISTEM FISIKOKIMIA
TERMODINAMIKA

3. Termodinamika biokimia atau Bioenergetika adalah
ilmu pengetahuan mengenai perubahan energi yang
menyertai reaksi biokimia.
Bioenergetika merupakan bagian dari termodinamika
Bioenergetika penting dalam:
• Memahami bagaimana proses metabolisme
melibatkan energi (untuk sel)
• Memahami struktur molekul
• Memahami bagaimana terjadinya transpor
membran

4. PRINSIP TERMODINAMIKA
Hukum I termodinamika : energi total yang
dipertukarkan dalam sebuah sistem dan lingkungan
sekitarnya adalah konstan.
Bentuk energi: energi (E atau U), kerja (W), energi
bebas Gibbs (G), entalpi (H), entropi (S), kalor/panas (Q)
Sistem :
- Tertutup
- Terbuka

5. Sistem Vs Lingkungan

6. Tiga bentuk perubahan dalam reaksi:
E = energi
ΔE = perubahan energi dalam sistem terbuka selama
reaksi berlangsung
H = panas (enthalpy)
ΔH = perubahan energi ikatan dalam suatu reaksi kimia
(perubahan volume dan tekanan diabaikan)
G = energi bebas (energi yang dibutuhkan untuk
melakukan usaha )
ΔG = perubahan energi bebas
Termasuk perubahan H dan tingkat ketidakteraturan
(Entropy)

7. Hukum II Termodinamika : suatu proses akan
berjalan secara spontan jika entropi (derajat
ketidakteraturan,∆S) meningkat.
Reaksi berjalan spontan bila energi bebas kurang
dari nol (∆G < 0)
∆G = ∆H - T ∆S
G dapat dinyatakan dalam joule atau kalori per
mol ( 1 kal = 4, 186 J)

8. Entalpi
Entalpi (H): panas yang ada dalam suatu reaksi
H = E + PV
ΔH = ΔE + Δ(PV)
Dalam reaksi biokimiadalam sel, tidak ada perubahan
volume dan tekanan, sehingga:
ΔH = ΔE + Δ(PV) = ΔE
ΔH = Hproducts - Hreactants
Kaitan dengan energi bebas menjadi : ΔG = ΔE – TΔS

10. Contoh : sebagian besar energi yang diubah
manusia diperoleh dari oksidasi glukosa.Jika
diketahui ∆H= -2.808 kj/mol dan ∆S 182,4
J/K.mol. Maka berapa energi yang dihasilkan
dari oksidasi1 mol glukosa?
(suhu reaksi = suhu tubuh manusia 37̊C

11. C6H12O6 + 6CO2 6CO2 + 6 H2O
∆G = ∆H - T ∆S
∆G = -2.808x103 + ( 310x182,4)J/mol
= -2, 865 kJ/mol
Sehingga, pencernaan 1 mol glukosa (180,2
gram) pada manusia akan memberikan energi
sebesar 2856 joule (± 680 kal)

12. ATP sebagai penyedia energi
- Untuk mempertahankan kehidupan, semua
organisme harus mendapatkan pasokan energi bebas
dari lingkungannya.
- Organisme autotrofik melakukan metabolisme
dengan proses eksergonik sederhana
- Sebaliknya organisme heterotrofik, memperoleh
energi bebasnya dengan melakukan metabolisme
yaitu pemecahan molekul organik kompleks.

13. • Adenosin trifosfat (ATP) berperan sentral dalam
pemindahan energi bebas dari proses eksergonik ke
proses endergonik.
• ATP adalah suatu molekul yang memiliki ikatan
berenergi tinggi yang merupakan bentuk penyimpan
energi dalam sel (“energy currency”/mata uang
energi)
• ATP adalah nukleotida trifosfat yang mengandung
adenin, ribosa dan 3 gugus fosfat
• Dalam reaksinya di dalam sel, ATP berfungsi sebagai
kompleks Mg2+

15. Pelepasan energi ATP terjadi melalui hidrolisis
menghasilkan ADP dan fosfat anorganik (Pi).
Energi yang dilepas saat ATP terhidrolisis menjadi ADP
secara termodinamika sekitar -30,5 kJ/mol.
Sel akan senantiasa membentuk ATP untuk
menyediakan energi untuk kebutuhannya, antara lain
untuk berkontraksinya sel-sel otot.

16. Hidrolisis ATP
• Untuk melepaskan energi dari ikatan phosphat
pada molekulnya, maka ATP mengalami hidrolisis
Proses hidrolisis ATP:•
H2O  ADP + PiATP + + energy
• Enzim hisrolisis akan berikatan dengan ATP dan
mengkatalisis reaksi ini
Selama reaksi, air akan memecah ikatan berenergi tinggi antara
grup phosphat, menghasilkan energi dan meninggalkan
Adenosine Diphosphat
Energi yang dilepaskan inilah yang akan dipakai
kemudian
•
•

17. Sintesis ATP
• Dalam sintesis ATP, ATP dibentuk kembali dari ADP
yang ada.
Pada pembentukannya juga membutuhkan energi,
reaksinya menghasilkan ATP dan molekul air
Proses:
•
•
+ energy ADP + Pi ATP + H2O
• Enzim sintesis akan berikatan dengan ADP
dan mengkatalisis reaksi ini
Dalam reaksi ini diperlukan energi. Mekanisme dari
mana energi berasal inilah yang akan dikaji
kemudian dalam bahasan selanjutnya.
•

18. Ada 3 sumber utama ATP yang berperan dalam konservasi atau
penangkapan energi:
1. Fosforilasi oksidatif
Fosforilasi oksidatif adalah sumber ATP terbesar dalam organisme
aerobik. Energi bebas untuk menggerakkan proses ini berasal dari
oksidasi rantai respirasi di dalam mitokondria dengan menggunakan
oksigen.
2. Glikolisis
Dalam glikolisis terjadi pembentukan netto dua ATP yang terjadi
akibat pembentukan laktat
3. Siklus asam sitrat (TCA)
Dalam siklus asam sitrat satu ATP dihasilkan langsung pada tahap
suksinil tiokinase.
4. Oksidasi biologi
Oksidasi adalah pengeluaran elektron dan reduksi adalah
pemerolehan elektron.

19. Kebutuhan Energi Metabolisme Basal
• Basal Metabolic Rate (BMR): kebutuhan energi
minimal yang dibutuhkan tubuh untuk
menjalankan proses vital tubuh.
• BMR dinyatakan dalam kkal per kg berat
badan per jam
• Nilai BMR setiap individu berbeda-beda
bahkan akan berbeda nilainya pada individu
yang sama bila terjadi perubahan keadaaan
fisik dan lingkungannya

20. • Kebutuhan energi basal ditentukan oleh
ukuran, komposisidan umur tubuh
• Perhitungan kebutuhan energi basal (BMR)
menurut Harris & Benedict (1909):
BMR laki laki = 66,5 + 13,7 BB + 5,0 TB – 6,8 U
BMR perempuan = 65,5 + 9,6 BB + 1,8 TB – 4,7 U

22. Faktor-faktor yang mempengaruih BMR
• Ukuran tubuh
• Komposisi tubuh
• Jenis kelamin
• Umur
• Tidur
• Suhu tubuh
• Suhu lingkungan atau
iklim
• Sekresi kelenjar
endokrin
• Kehamilan
• Stasus gizi

23. TUGAS
• Apa perbedaan antara BMR dan IMT?
• Bagaimana menghitung kebutuhan kalori yang
diperlukan seseorang berdasarkan Basal
Metabolic Rate (BMR) dikaitkan dengan
tingkat aktifitas fisik?
• Hitung kebutuhan kalori anda berdasarkan
soal diatas!